THE RECRUITMENT SWEEPSTAKES HAS MANY WINNERS:
GENETIC EVIDENCE FROM THE SEA URCHIN STRONGYLOCENTROTUS PURPURATUS
Flowers et al. 2002.
Boulotte Nadine, Mathot Célia, Saubiez GuillemetteBEM 227 - FLUC
Master 1 BEM
© Jeff Goddard
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• Sélection : allèles + ou - représentés à la génération suivante Fluctuations aléatoires des fréquences alléliques
• Même probabilité de transmettre des gènes mais variance et stochasticité dérive génétique
Sweepstakes : - Loterie Gagnants à chaque saison de reproduction - Balayage aléatoire
Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion et critiques ConclusionIntroduction Matériels et méthodes Résultats Discussion et critiques Conclusion
D’après http://blogs.rtl2.fr/D’après http://www.hoodap.com/
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Strongylocentrotus purpuratus
• Echinoderme
• Côte Ouest de l’Amérique du Nord
Cycle de vie :
• Nombre élevé de gamètes
• Libre fécondation
• Longue phase planctonique
• Mortalité juvéniles + jeunes oursins importante Stratégie r
Grande variance du succès reproducteur ?http://farm2.static.flickr.com/
Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion et critiques ConclusionIntroduction Matériels et méthodes Résultats Discussion et critiques Conclusion
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• Vérifier les hypothèses de loterie du succès reproducteur :
La diversité génétique des recrues est-elle < à celle de la population adulte ?
Les cohortes sont-elles génétiquement différenciées ?
• Existe-t-il une variabilité au sein du succès reproducteur ?
Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion et critiques ConclusionIntroduction Matériels et méthodes Résultats Discussion et critiques Conclusion
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Los Angeles
San Francisco
Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion et critiques Conclusion
Source : Google Earth
• Analyses :
Moléculaires : PCR sur ADNmt : ♀
Statistiques : structuration des populations AMOVA
différences entre populations ΦST
• Simulation : loi de Poisson et loi Gamma
Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion et critiques Conclusion
Edmands et al. 1996. Mar Biol 126: 443-450
Nombre d’individus selon les cohortes
Cohortes N
1996 77
1998 85
1999 70
2000 33
6
7
Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion et critiques Conclusion
0
10
20
30
40
50
60
Recrues Adultes
Diversité haplotypique des individus Nombre d’haplotypes des individus
Diversité haplotypique Nombre d’haplotypes
7
Diversité haplotypique
0,8
0,84
0,88
0,92
0,96
1
77 85 70 33
1996 1998 1999 2000
0
10
20
30
40
50
8
Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion et critiques Conclusion
N
Années
Nombre d’haplotypes
Diversité haplotypique et nombre d’haplotypes des recrues suivant les années et le nombre d’individus
Diversité haplotypique des individus
Diversité haplotypique
0
10
20
30
40
50
60
Recrues Adultes
Nombre d’haplotypes
Nombre d’haplotypes des individus
Nombre d’haplotypes
Diversité haplotypique
• Différenciation génétique temporelle :
Homogénéité génétique entre les années
• Différenciation génétique spatiale :
Entre sites :
ΦST < 0,015 P = ???
Entre régions biogéographiques :
ΦST non significatif
Pas de structuration
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Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion et critiques Conclusion
9
10
Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion et critiques Conclusion
Nombre de progénitures
Nombre de femelles
Nombre de progénitures x 107
Nombre de femelles
Moyenne9932
Loi Gamma
Loi de Poisson
Distributions du nombre de progénitures issues de deux simulations
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Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion et critiques Conclusion
D’après http://blogs.rtl2.fr/
Loterie chez la plupart des espèces marines à phase larvaire planctonique
• Petits groupes de ♀ d'une population semi-isolée
ponte à différents moments tout au long de l'année
• Changements des fréquences des gènes :
- flux de gènes - dérive génétique
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Li & Hedgecock 1998.Can J Fish Aquat Sci, 55: 1025 �–1033
Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion et critiques Conclusion
Différenciation génétique des cohortes de larves de Crassostrea gigas
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• Différenciation à grande échelle :
- Iles Marquises - Tuamotu-Gambier- Société
• Différenciation à petite échelle :- 3 sites du lagon
Takapoto
Arnaud-Haond et al. 2008. Mar Biol, 155: 147–157
Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion et critiques Conclusion
Photo : Sarah Lemer
Etude de la structure génétique de l’huître perlière Pinctada magaritifera
D’après http://www.outre-mer.gouv.fr/IMG/jpg/polynesie-francaise-gd.jpg
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• 5 locus microsatellites
• 3 cohortes, N-O Méditerranée
• Taux de variation génétique identique entre adultes et cohortes
• Pas de différenciation génétique entre les 3 cohortes
Calderon et al. 2009.Mol Ecol, 18: 3036–3049
Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion et critiques Conclusion
Etude de la variabilité temporelle chez Paracentrotus lividus
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Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion et critiques Conclusion
Critiques générales
• Publication complexe résultats peu mis en valeur
• Axée sur la simulation
• Stratégie d’échantillonnage non uniforme
• Séquences non référencées (GenBank)
• ADNmt peu variable utilisation de microsatellites
• Dérive 4 x plus faible sur ADN nucléaire
• 1 génération insuffisant pour observer une différenciation
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Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion et critiques Conclusion
• Loterie : influence sur la diversité génétique lien avec dynamique et évolution des populations
• Loterie non mise en évidence chez Strongylocentrotus purpuratus
Pas de généralisation
http://cache2.artprintimages.com/
Merci de votre attention
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D’après http://www.beachwatchers.wsu.edu/
Bibliographie sélectiveArnaud-Haond S., Vonau V., Rouxel C., Bonhomme F., Prou J., Goyard E. & Boudry P. (2008) Genetic structure at different spatial scales in the pearl oyster (Pinctada margaritifera cumingii) in French Polynesian lagoons: beware of sampling strategy and genetic patchiness. Marine Biology 155: 147-157
Calderon I., Palacin C. & Turon X. (2009) Microsatellite markers reveal shallow genetic differentiation between cohorts of the common sea urchin Paracentrotus lividus (Lamarck) in northwest Mediterranean. Molecular Ecology 18: 3036-3049
Ebert T. A. (2007) Growth and survival of postsettlement sea urchins. Edible Sea Urchins: Biology and Ecology, J. M. Lawrence (eds), Elevier Science B. V. Chap. 6: 95-128
Ebert T.A., Schroeter S. C., Dixon J. D. & Kalvass P. (1994) Settlement patterns of red and purple sea urchins (Strongylocentrotus franciscanus and S. purpuratus) in California, USA. Marine Ecology Progress Series 111: 41-52
Edmands S., Morberg P.E. & Burton R. S. (1996) Allozyme and mitochondrial DNA evidence of population subdivision in the purple sea urchin Strongylocentrotus purpuratus. Marine Biology 126: 443-450
Kato S. & Schroeter S. C (1985) Biology of the Red Sea Urchin, Strongylocentrotus franciscanus, and its Fishery in California. Marine Fisheries Review 47: 1-20
Lin G. & Hedgecock D. (1998) Genetic heterogeneity, detected by PCR SSCP, among samples of larval Pacific oysters (Crassostrea gigas) supports the hypothesis of large variance in reproductive success. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences 55: 1025–10334
McEdward L. R. & Miner B. G. (2007) The Ecology of Strongylocentrotus franciscanus and Strongylocentrotus purpuratus. Edible Sea Urchins: Biology and Ecology, J. M. Lawrence (eds), Elevier Science B. V. Chap. 5: 81-85
Miller B. A. & Emlet R. B. (1997) Influence of nearshore hydrodynamics on larval abundance and settlement of sea urchins Strongylocentrotus franciscanus and S. purpuratus in the Oregon upwelling zone. Marine Ecology Progress Series 148: 83-94
Moberg P. E. & Burton R. S. (2000) Genetic heterogeneity among adult and recruit red sea urchins Strongylocentrotus franciscanus. Marine Biology 136: 773-784
Rogers-Bennett L. (2007) The Ecology of Strongylocentrotus franciscanus and Strongylocentrotus purpuratus. Edible Sea Urchins: Biology and Ecology, J. M. Lawrence (eds), Elevier Science B. V. Chap. 19: 393-417
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ANNEXES
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Durée de la phase larvaire, dispersion, isolement géographique, évènement exceptionnel, front océanique :
influencent le recrutement
peuvent expliquer les différences de recrutement entre espèces marines
Effet de l’histoire de vie de l’oursin pourpre Strongylocentrotus purpuratus
http://www.lucieberger.org/
Goggiotti & Vetter 1999.Can J Fish Aquat Sci, 56: 1376 �–1388
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• Recrues génétiquement différentes des adultes, pour une localité donnée
• Recrues différentes entre elles, au N de la Californie
• Hétérogénéité des recrues pourrait être utilisée pour évaluer la dispersion larvaire
Hétérogénéité génétique entre adultes et recrues de l’oursin rouge Strongylocentrotus franciscanus
Moberg & Burton 2000.Mar Biol 136: 773–784
http://www.reef-guardian.com/files/articles/recifs/Oursin%20Rouge.jpg
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Nombre de femelles participant à la reproduction
• Métapopulation : 1 femelle sur 14 300
• Modèle démographique minimal :
1 femelle sur 17
Etude de la taille effective chez Sciaenops ocellatus (Tambour rouge)
Turner et al. 2002.Gen 162: 1329–1339
Log Ne/N
p
Métapopulation
Modèle minimal
http://www.tpwd.state.tx.us/huntwild/wild/images/fish/reddrum1.jpg
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• Loi de Poisson : compter les évènements aléatoires indépendants = calculer les fluctuations associées
• Loi Gamma : modéliser les processus suivant la loi de Poisson
Objectif : la stratégie d’échantillonnage détecte-t-elle de manière significative :
1. les variations du succès reproducteur :
3 populations de 1 000, 10 000 et 100 000 femelles : 1 épisode de reproduction
Permet d’estimer la proportion de femelles gagnantes + nombre de progénitures par femelle
2. les réductions de la diversité génétique chez les recrues :
Bootstrap : 80 individus ont été ré-échantillonnés au hasard
Diversité haplotypique des recrues avec la loi Gamma et la loi de Poisson.
Simulation du succès reproducteur
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Simulation du succès reproducteur : diversité haplotypique
Diversité haplotypique
Diversité haplotypique
Fréquence absolue
Fréquence absolue
64,8%
5%
Loi Gamma
Loi de Poisson
Distributions de la diversité haplotypique des recrues issues du Bootstrap